KR20110101668A - Manufacturing method of graphene compound with excellent dispersability in organic solvents - Google Patents

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울산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 그라핀 화합물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산화 그라핀을 준비하는 단계; 및 상기 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계를 포함하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 따르면 페닐히드라진을 사용하여 한 단계의 반응으로 산화 그라핀을 환원시켜 그라핀 화합물을 제조함으로써 각종 유기용매에 그라핀을 쉽게 안정적으로 분산시킬 수 있으며, 물 또는 계면활성제를 사용하지 않고도 큰 분산농도를 실현할 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a method for producing a graphene compound, more specifically preparing a graphene oxide; And it relates to a method for producing a graphene compound excellent in dispersibility in an organic solvent comprising the step of reducing by adding phenylhydrazine to the graphene oxide. According to the preparation method of the present invention, by reducing the graphene oxide in one step using phenylhydrazine to prepare a graphene compound, graphene can be easily and stably dispersed in various organic solvents, using water or a surfactant. It is possible to realize a large dispersion concentration without reducing the manufacturing cost.

Description

유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법{Manufacturing method of graphene compound with excellent dispersability in organic solvents}Manufacturing method of graphene compound with excellent dispersability in organic solvents}

본 발명은 화학반응을 통해 산화 그라핀을 환원시켜 각종 유기 용매에 직접 분산시킬 수 있는 분산성이 우수한 그라핀 화합물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for preparing a graphene compound having excellent dispersibility which can be directly dispersed in various organic solvents by reducing graphene oxide through a chemical reaction.

그라핀(graphene)은 탄소 원자 한 층으로 만들어진 벌집구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소 원자는 SP2 혼성 궤도에 의해 화학 결합하면 이차원으로 퍼진 탄소 육각망 면을 형성하는데, 이러한 평면 구조를 갖는 탄소 원자의 집합체가 그라핀이며, 그 두께가 단지 탄소원자 한 개에 불과한 0.3㎚이다. 2005년에 영국 맨체스터대학의 A.K.Geim 연구 그룹이 흑연에서 원자 하나 두께의 탄소 박막을 만드는 방법을 소개한 이래 그라핀은 물리학 분야에서 가장 뜨거운 관심 주제 중 하나가 되었다.Graphene is a honeycomb two-dimensional thin film made of a layer of carbon atoms. When carbon atoms are chemically bonded by SP 2 hybrid orbits, carbon atoms form two-dimensionally spread carbon hexagonal planes. The aggregate of carbon atoms having such a planar structure is graphene, and the thickness of 0.3 nm is only one carbon atom. . Graphene has become one of the hottest topics in physics since 2005, when the AKGeim research group at the University of Manchester, UK, introduced how to make thin, one-atom carbon films from graphite.

그라핀의 가장 주목할 특징으로는 그라핀 안에서는 전자의 유효질량이 없어서 전자가 빛의 속도로 움직이는 상대성 입자로 거동한다는 점이다. 또한, 그라핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 갖는다. 이러한 특징 때문에 기존의 입자물리학 분야에서 수행할 수 없었던 입자물리 실험을 그라핀을 통해 간접적으로 구현할 수 있게 되었다.The most notable feature of graphene is that there is no effective mass of electrons in graphene, so the electrons behave as relativity particles moving at the speed of light. In addition, graphene has an abnormal half-integer quantum hall effect on electrons and holes. Because of this feature, it is possible to implement particle physics experiments indirectly through graphene, which could not be performed in the field of particle physics.

한편, 기존의 실리콘 기반 반도체 공정기술로는 30nm 급 이하의 고집적도를 갖는 반도체소자를 제조할 수 없다. 왜냐하면, 기판에 증착된 금이나 알루미늄과 같은 금속원자층의 두께가 30nm 이하에서는 열역학적으로 불안정해서 금속원자들이 서로 엉겨붙어 균일한 박막을 얻을 수 없기 때문이며, 또한 실리콘에 도핑된 불순물의 농도가 이와 같은 나노 크기에서는 불균일해 지기 때문이다.On the other hand, the conventional silicon-based semiconductor process technology can not manufacture a semiconductor device having a high density of less than 30nm class. This is because the thickness of the metal atom layer such as gold or aluminum deposited on the substrate is thermodynamically unstable and the metal atoms are entangled with each other to obtain a uniform thin film. This is because they become nonuniform at nanoscale.

하지만, 그라핀은 이러한 실리콘 기반 반도체 소자기술의 집적도한계를 극복할 수 있는 가능성을 갖고 있다. 그라핀은 그 특성이 금속성이면서도 그 두께가 전자차폐 두께(Screening length)에 해당하는 수 nm 이하로 매우 얇아서, 게이트전압에 따라 전하밀도가 바뀜으로 인해 전기저항이 변하는 특성을 갖고 있으며, 주어진 두께의 그라핀의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있다.However, graphene has the potential to overcome the integration limits of silicon-based semiconductor device technology. Graphene has a characteristic of changing its electrical resistance due to the change of charge density according to gate voltage because its characteristic is metallic and its thickness is very thin, which is several nm or less, which corresponds to the screening length. Since the electrical characteristics change according to the crystal orientation of the graphene, the user can express the electrical characteristics in the selection direction.

이를 이용해 금속트랜지스터를 구현할 수 있고, 전하수송체의 모빌리티가 커서 고속 전자소자을 구현할 수 있으며, 또한 게이트 전압의 극성에 따라 전하수송체의 전하를 전자에서 정공으로 변화시킬 수 있기 때문에 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다. 이러한 그라핀 시트의 특징은 향후 탄소계 전기 소자 또는 탄소계 전자기 소자 등에 매우 효과적으로 이용될 수 있다.Metal transistors can be used to implement high-speed electronic devices because the mobility of charge carriers is large, and the charges of charge carriers can be changed from electrons to holes depending on the polarity of the gate voltage. It is expected to be. The characteristics of the graphene sheet can be used very effectively in the future carbon-based electrical devices or carbon-based electromagnetic devices.

그러나 이와 같은 그라핀 시트는 매우 유용한 성질을 가지고 있음에도 불구하고 경제적이고, 대면적으로, 재현성있게 제조할 수 있는 방법은 현재까지 개발되지 않았다. 현재까지 알려진 그라핀을 얻는 방법은 다음의 세 가지로 분류할 수 있다.However, although such graphene sheets have very useful properties, no method for economically, large-scale, and reproducible production has been developed until now. Known graphene can be classified into the following three ways.

첫째는, 셀로판테이프를 사용하는 초미세 흑연층을 분리하는 방법이다. 흑연에 셀로판테이프를 붙인 다음 떼어내게 되면 셀로판테이프 표면에 흑연으로부터 떨어져 나온 그라핀 박막을 얻을 수 있다. 그러나 이 방법의 경우, 접착성 테이프의 품질에 의존하고, 흑연으로부터 떨어져 나온 그라핀 박막의 층수가 일정하지 않고 모양도 종이가 찢어진 형상으로 일정하지가 않으며, 무용하고 두꺼운 흑연입자가 많아 전자 빔 리소그래피에 의하여 전극을 패턴화하기 어렵고, 대면적으로 그라핀 박막을 얻는 것이 불가능하다는 점에서 문제가 있었다.The first method is to separate the ultrafine graphite layer using the cellophane tape. When the cellophane tape is attached to the graphite and then peeled off, a graphene thin film separated from the graphite may be obtained on the surface of the cellophane tape. However, in this method, depending on the quality of the adhesive tape, the number of layers of the graphene thin film separated from the graphite is not constant, the shape and the paper are not constant in the shape of torn paper, and electron beam lithography due to the large amount of useless thick graphite particles. There is a problem in that it is difficult to pattern the electrode, and it is impossible to obtain a graphene thin film in a large area.

두 번째는, 고진공 하에서 SiC의 열분해를 통한 에피택시얼(eptaxial) 성장기법으로 만드는 방법이다. 이 방법은 SiC 단결정을 고진공 및 고온에서 가열하게 되면 표면의 SiC가 분해되면서 Si가 승화되어 제거되며, 남아 있는 탄소원자들이 그라핀을 형성하도록 하는 기술이다. 그러나 이와 같은 방법은 출발물질로 사용하는 SiC The second method is an epitaxial growth method through pyrolysis of SiC under high vacuum. In this method, when SiC single crystal is heated at high vacuum and high temperature, SiC on the surface is decomposed and Si is sublimed and removed, and the remaining carbon atoms form graphene. However, this method uses SiC as a starting material.

단결정이 매우 고가이며, 그라핀 시트를 대면적으로 얻기가 매우 어렵다는 문제가 있으며, SiC 자체가 기판으로 사용되어야 하는데, SiC 기판은 SiO2만큼 전자소재로 사용하기에 성능이 좋지 않다는 문제가 있었다.The single crystal is very expensive, there is a problem that it is very difficult to obtain a large area of the graphene sheet, SiC itself should be used as a substrate, the SiC substrate had a problem that the performance is not good enough to use as an electronic material as SiO 2 .

세 번째는, 흑연 화합물의 화학적 박리작용을 이용하는 방법이다. 대표적으로 불순물이 섞여 있는 흑연 화합물에 대한 연구결과를 바탕으로, 많은 연구자들에 의해 화학적 박리작용 방법이 제안되어 왔다. 그러나 이러한 방법으로는 현재까지 단지 수백 나노미터 두께의 흑연조각을 얻을 수 있을 뿐 그라핀을 얻는데 성공하지 못했을 뿐만 아니라, 흑연층 사이사이에 삽입된 화학물질이 완벽하게 제거되지 않아 많은 결점을 유발할 수도 있다는 문제점이 있었다.
The third method is to use the chemical peeling action of the graphite compound. Based on the results of the study on the graphite compound, which is typically mixed with impurities, many researchers have proposed a method of chemical exfoliation. However, this method has not only succeeded in obtaining graphene, but only several hundred nanometers thick graphite fragments to date, and it may cause many defects because the chemicals inserted between the graphite layers are not completely removed. There was a problem.

이에 본 발명자들은 상기 종래 문제점들을 해결하기 위하여, 종래에 사용하던 히드라진 대신에 페닐히드라진을 사용하여 산화 그라핀을 환원시킴으로써 유기용매에 안정하게 분산될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have confirmed that the present invention can be stably dispersed in an organic solvent by reducing graphene oxide using phenylhydrazine instead of hydrazine, which has been conventionally used, and completed the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 제조비용을 줄이면서 한 번의 반응으로 각종 유기용매에 쉽게 안정적으로 분산될 수 있는 그라핀 화합물을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a graphene compound which can be easily and stably dispersed in various organic solvents in one reaction while reducing the production cost.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 산화 그라핀을 준비하는 단계; 및 상기 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계를 포함하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing graphene oxide; And it provides a method for producing a graphene compound excellent in dispersibility in an organic solvent comprising the step of reducing by adding phenylhydrazine to the graphene oxide.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 페닐히드라진은 산화 그라파이트 100 중량부에 대하여 10 ~ 10,000 중량부로 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the phenylhydrazine may be added in an amount of 10 to 10,000 parts by weight based on 100 parts by weight of graphite oxide.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화 그라파이트에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계는 0 ~ 100℃의 온도에서 1 ~ 240시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of reducing by adding phenylhydrazine to the graphite oxide may be performed for 1 to 240 hours at a temperature of 0 ~ 100 ℃.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화 그라핀은 그라파이트 또는 팽창된 그라파이트(expanded graphite)를 산화시켜 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the graphene oxide may be formed by oxidizing graphite or expanded graphite (expanded graphite).

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 산화 그라핀의 농도는 0.01 ~ 100 ㎎/㎖ 일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the concentration of the graphene oxide is 0.01 ~ 100 Mg / ml.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그라핀 화합물은 유기 용매에서 0.1 ㎎/㎖ 이상의 분산 농도를 갖을 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the graphene compound may have a dispersion concentration of 0.1 mg / ㎖ or more in an organic solvent.

본 발명에 따른 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법은 페닐히드라진을 사용하여 한 단계의 반응으로 산화 그라핀을 환원시켜 그라핀 화합물을 제조함으로써 각종 유기용매에 그라핀을 쉽게 안정적으로 분산시킬 수 있으며, 물 또는 계면활성제를 사용하지 않고도 큰 분산농도를 실현할 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. The method for preparing a graphene compound having excellent dispersibility in an organic solvent according to the present invention is to stably reduce graphene to various organic solvents by preparing graphene compounds by reducing graphene oxide in one step using phenylhydrazine. It is possible to disperse, to realize a large dispersion concentration without using water or a surfactant, it is possible to reduce the manufacturing cost.

또한, 이렇게 제조된 그라핀 화합물은 전도성 박막, 폴리머 조성물, 금속산화물, 반도체화합물, 전도성 잉크, 광촉매, 배터리, 슈퍼 캐패시터 전극, 연료전지 바이폴라 전극 등에 다양하게 응용 및 적용될 수 있는 장점이 있다.
In addition, the graphene compound thus prepared has an advantage that it can be variously applied and applied to a conductive thin film, a polymer composition, a metal oxide, a semiconductor compound, a conductive ink, a photocatalyst, a battery, a super capacitor electrode, a fuel cell bipolar electrode, and the like.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 산화 그라핀을 페닐히드라진으로 환원하는 경우 그라핀 표면의 화학적 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 그라핀 화합물의 자외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3(a)는 산화 그라핀의 XPS 스펙트럼을, 도 3(b)는 산화 그라핀의 C1s 스펙트럼의 디콘볼루션을, 도 3(c)는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 그라핀 화합물의 XPS 스펙트럼을, 도 3(d)는 그라핀 화합물의 C1s 스펙트럼의 디콘볼루션을, 도 3(e)는 그라핀 화합물의 N1s 스펙트럼의 디콘볼루션 나타낸 것이다.
도 4는 산화 그라핀과 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 그라핀 화합물의 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 산화 그라핀과 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 그라핀 화합물의 XRD 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 그라핀 페이퍼의 횡단면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the chemical change of the graphene surface when reducing the graphene oxide to phenylhydrazine according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the ultraviolet absorption spectrum of the graphene compound formed according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 (a) is a XPS spectrum of graphene oxide, Figure 3 (b) is a deconvolution of the C1s spectrum of graphene oxide, Figure 3 (c) is a graphene compound formed according to an embodiment of the present invention 3 (d) shows the deconvolution of the C1s spectrum of the graphene compound, and FIG. 3 (e) shows the deconvolution of the N1s spectrum of the graphene compound.
Figure 4 shows the Raman spectrum of the graphene oxide and the graphene compound formed according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the XRD results of the graphene oxide and the graphene compound formed according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a cross-sectional SEM picture of the graphene paper formed in accordance with an embodiment of the present invention.

본 발명은 그라핀을 유기 용매에 효과적으로 분산시키기 위하여, 페닐히드라진을 사용하여 산화 그라핀을 환원시킴으로써 각종 유기 용매에 안정하게 분산될 수 있는 그라핀 화합물의 제조방법을 제공함에 그 특징이 있다.The present invention is characterized by providing a method for producing a graphene compound that can be stably dispersed in various organic solvents by reducing graphene oxide using phenylhydrazine in order to effectively disperse the graphene in an organic solvent.

그라핀은 유망 나노소재로 주목받고 있으나, 유기 용매에 분산이 거의 되지 않는다는 문제점 때문에 널리 응용되지 못하였다. 지금까지 발표된 연구결과에 따르면, 소량의 물 또는 계면활성제를 사용하여 용액 상 분산을 이루는 방법, 복잡한 화학적인 방법을 통해 표면을 개질하고 계면활성제 등을 이용하여 분산상을 만드는 방법 등에 의해 그라핀을 용액 상에 분산시킬 수 있었으나, 용매 분산에 많은 제약이 있다는 단점이 있다. Graphene has attracted attention as a promising nanomaterial, but has not been widely applied due to the problem that it is hardly dispersed in an organic solvent. According to the research results published so far, graphene may be formed by dispersing the solution phase using a small amount of water or a surfactant, modifying the surface through complex chemical methods, and making a dispersed phase using a surfactant or the like. It could be dispersed in solution, but has the disadvantage that there are many restrictions on solvent dispersion.

또한, 산화 그라핀을 환원시켜 그라핀 화합물을 제조할 때 히드라진을 사용하는 방법도 연구되었는데, 이러한 경우 반드시 물의 존재 하에서 유기 용매에 분산이 가능하였다. 순수한 유기 용매에 분산시키기 위해서는 계면활성제를 필요로 하였으며, 안정적으로 분산이 가능한 농도 또한 매우 낮았다.In addition, a method of using hydrazine when preparing a graphene compound by reducing graphene oxide has been studied. In this case, it is possible to disperse in an organic solvent in the presence of water. In order to disperse in a pure organic solvent, a surfactant was required, and the concentration which can stably disperse was also very low.

이에 따라, 본 발명자들은 그라핀을 효과적으로 분산시킬 수 있는 방법을 연구하던 중, 페닐히드라진을 사용하여 그라핀을 환원시켜 분산시킬 경우 히드라진을 사용하였을 때보다 더 큰 분산농도로 안정적으로 쉽게 분산시킬 수 있음을 확인하였다.Accordingly, the inventors of the present invention, while studying a method for effectively dispersing the graphene, when phenyl hydrazine is reduced by dispersing the graphene can be dispersed easily and stably with a larger dispersion concentration than when using hydrazine. It was confirmed that there is.

따라서, 본 발명은 산화 그라핀을 준비하는 단계; 및 상기 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계를 포함하는 유기 용매에 분산 가능한 그라핀 화합물의 제조방법을 제공한다.Therefore, the present invention comprises the steps of preparing graphene oxide; And it provides a method for producing a graphene compound dispersible in an organic solvent comprising the step of reducing by adding phenylhydrazine to the graphene oxide.

본 발명에서‘그라핀’은 1 ~ 5층의 흑연 육각벌집무늬의 판상으로 이루어진 흑연의 구조체를 말하는 것으로, 매우 우수한 전기적 특성을 가지고 있다. 또한,‘그라핀 화합물’은 산화 그라핀 현탁액(suspension)을 환원(reduced)시켜 형성한 것으로, 화학적으로 전환된 그라핀(chemically converted graphene, CCG)을 의미한다.In the present invention, "graphene" refers to a structure of graphite consisting of a plate of graphite hexagonal honeycomb pattern of 1 to 5 layers, and has very excellent electrical properties. In addition, the "graphene compound" is formed by reducing the graphene oxide suspension (suspension), means chemically converted graphene (chemically converted graphene, CCG).

본 발명에서 ‘페닐히드라진(phenylhydrazine)’은 화학식 C6H8N2의 구조를 갖으며, 하이드라지노벤젠(hydrazinobenzene)이라고도 한다. 순수한 것은 무색의 액체이며 공기 중에서는 산화되어 갈색이 되기 쉬우며, 냉각하면 판 모양 또는 막대 모양 결정이 된다. 물에 잘 녹지 않지만 에탄올, 디에틸에테르, 클로로폼, 벤젠 등에는 잘 섞인다. 본 발명에서는 이러한 페닐히드라진을 사용하여 그라핀을 쉽게 각종 유기 용매에 분산시켰다.In the present invention, 'phenylhydrazine' has a structure of Chemical Formula C 6 H 8 N 2 and is also referred to as hydrazinobenzene. Pure is a colorless liquid, oxidized in the air, brownish, and when cooled, forms a plate or rod. It does not dissolve well in water but mixes well with ethanol, diethyl ether, chloroform and benzene. In the present invention, graphene was easily dispersed in various organic solvents using such phenylhydrazine.

본 발명에 따르면, 유기 용매에 분산될 수 있는 안정한 그라핀 화합물은 상온에서 충분한 양의 페닐히드라진으로 산화 그라핀을 환원하여 제조한다.According to the present invention, a stable graphene compound that can be dispersed in an organic solvent is prepared by reducing graphene oxide with a sufficient amount of phenylhydrazine at room temperature.

지금까지 보고된 연구에 따르면, 그라핀을 유기 용매에 안정적으로 분산시키기 위해서 계면활성제를 사용하거나 (① J. AM. CHEM. SOC., vol.130, pp. 16201-16206 (2008), ② ADV. MATER., vol.21, pp.1679-1683 (2009)), 복잡한 구조의 화합물을 이용하여 그라핀 표면에 관능기를 도입하는 방법 (CHEM. MATER., vol.21, pp3045-3047 (2009))이 알려져 왔다. According to studies reported up to now, surfactants are used to stably disperse the graphene in an organic solvent (① J. AM. CHEM. SOC., Vol. 130, pp. 16201-16206 (2008), ② ADV MATER., Vol. 21, pp. 1679-1683 (2009)), Method of introducing functional groups on the surface of graphene using compounds of complex structure (CHEM. MATER., Vol. 21, pp3045-3047 (2009) Has been known.

그러나 본 발명에서는 환원과 동시에 그라핀 표면에 페닐 관능기를 잔류시켜 그라핀의 층(layer)와 층간의 간격을 넓힘으로써 유기용매 상에서도 서로 뭉치지 않고 안정적으로 분산상을 유지할 수 있는 방법을 제시하였다는 점에 큰 특징이 있다. 도 1에 본 발명에서와 같이 산화 그라핀을 페닐히드라진으로 환원하는 경우 그라핀 표면의 화학적 변화를 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 있어서 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하고, 상온에서 24시간 동안 반응시켜 환원시킨 경우 그라핀 표면에 페닐 관능기가 잔류되어 그라핀 표면에서 화학적인 변화가 일어남을 확인할 수 있다. 이러한 그라핀 표면의 화학적 변화를 통해 각종 유기 용매에도 쉽게 큰 분산 농도로 분산될 수 있는 것이다.However, the present invention suggests a method of stably maintaining a dispersed phase in the organic solvent by aggregating phenyl functional groups on the graphene surface and increasing the distance between the graphene layers and layers at the same time as reduction. There is a big feature. When the graphene oxide is reduced to phenylhydrazine, as shown in FIG. 1, the graphene shows chemical changes. Referring to FIG. 1, when phenylhydrazine is added to graphene oxide and reacted for 24 hours at room temperature to reduce the residue, phenyl functional groups remain on the graphene surface to change chemically on the graphene surface. You can see that happens. Through the chemical change of the graphene surface it can be easily dispersed in a large dispersion concentration in various organic solvents.

이하, 본 발명의 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법의 각 단계에 대하여 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, each step of the method for preparing a graphene compound having excellent dispersibility in the organic solvent of the present invention will be described in more detail.

우선, 그라핀 화합물을 제조하기 위한 산화 그라핀을 준비한다.First, graphene oxide for preparing a graphene compound is prepared.

본 발명에서 산화 그라핀은 그라파이트 또는 팽창된 그라파이트(expanded graphite)를 산화시켜 형성한 것으로, 예를 들어, 황산(H2SO4)과 과망간산칼륨(KMnO4)으로 산화하여 형성할 수 있다. 팽창된 그라파이트는 팽창 가능한 그라파이트를 전자파를 이용하여 열팽창시켜 형성할 수 있다. 예를 들어, 팽창성 그라파이트는 원래 그라파이트 부피의 약 150배 정도까지 팽창시킬 수 있다.In the present invention, the graphene oxide is formed by oxidizing graphite or expanded graphite (expanded graphite), for example, may be formed by oxidizing with sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and potassium permanganate (KMnO 4 ). The expanded graphite may be formed by thermally expanding the expandable graphite using electromagnetic waves. For example, expandable graphite can expand up to about 150 times the original graphite volume.

또한, 산화 그라핀의 농도는 0.01 ~ 100 ㎎/㎖ 일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 10 ㎎/㎖ 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 합성된 산화 그라파이트 현탁액의 농도는 24시간 동안 80℃의 진공 분위기에서 건조하여 4 ㎎/㎖ 정도 되며, 탈이온수(deionized water)에 의해 0.01 ~ 4 ㎎/㎖의 농도까지 희석될 수 있다.In addition, the concentration of graphene oxide may be 0.01 to 100 mg / ml, preferably 0.1 to 10 mg / ml, but is not limited thereto. For example, the concentration of the synthesized graphite oxide suspension may be dried in a vacuum atmosphere at 80 ° C. for 24 hours to about 4 mg / ml, and may be diluted to a concentration of 0.01 to 4 mg / ml by deionized water. have.

다음으로, 준비된 산화 그라핀과 페닐히드라진을 소정 비율로 혼합하여, 상온에서 산화 그라핀을 환원하는 과정이 수행된다. 여기서, 페닐히드라진은 산화 그라핀 100 중량부에 대하여 10 ~ 10,000 중량부로 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 50 ~ 1,000 중량부로 첨가될 수 있다.Next, the prepared graphene oxide and phenylhydrazine are mixed at a predetermined ratio, and a process of reducing the graphene oxide at room temperature is performed. Here, phenylhydrazine may be added in an amount of 10 to 10,000 parts by weight, and preferably 50 to 1,000 parts by weight, based on 100 parts by weight of graphene oxide.

산화 그라핀의 환원 시간은 산화 그라핀의 농도에 의존하고, 산화 그라핀/페닐히드라진의 중량 비율에 의존하는데, 환원 시간은 1 ~ 240 시간, 바람직하게는 24 ~ 120 시간일 수 있다. 산화 그라핀 분산액은 산화 그라핀의 농도에 따라 갈색 또는 황색을 나타내며, 산화 그라핀이 환원되면서 점차 갈색 또는 황색에서 흑색으로 변하게 된다. 또한, 산화 그라핀의 환원 온도는 0 ~ 100℃, 바람직하게는 20 ~ 30℃ 일 수 있다. The reduction time of graphene oxide depends on the concentration of graphene oxide and on the weight ratio of graphene oxide / phenylhydrazine, and the reduction time may be 1 to 240 hours, preferably 24 to 120 hours. The graphene oxide dispersion is brown or yellow depending on the concentration of graphene oxide, and gradually changes from brown or yellow to black as graphene oxide is reduced. In addition, the reduction temperature of the graphene oxide may be 0 ~ 100 ℃, preferably 20 ~ 30 ℃.

상기와 같이 제조한 그라핀 화합물은 유기 용매에서 0.1 ㎎/㎖ 이상의 분산 농도를 나타내며, 바람직하게는 0.5 ~ 10 ㎎/㎖의 분산 농도를 나타낼 수 있다. 유기 용매에서의 분산 농도가 상기 수치 미만일 경우에는 많은 양의 유기 용매를 사용하여야 하고, 반응기 부피나 용매회수, 처리 공정이 비효율적이라는 문제점이 있다. 이때, 본 발명에 따른 그라핀 화합물은 통상적으로 사용되는 모든 유기 용매에 분산될 수 있으며, 예를 들어, 유기 용매로는 메탄올, N,N'-디메틸포름아미드(N,N'-dimethylformamide; DMF), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone; NMP), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate; PC), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide; DMAc), 에틸렌글리콜, 디메틸술폭시드(dimethylsulphoxide; DMSO) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The graphene compound prepared as described above may exhibit a dispersion concentration of 0.1 mg / ml or more in an organic solvent, and preferably, a dispersion concentration of 0.5 to 10 mg / ml. When the dispersion concentration in the organic solvent is less than the above value, a large amount of organic solvent must be used, and there is a problem that the reactor volume, solvent recovery, and treatment process are inefficient. At this time, the graphene compound according to the present invention can be dispersed in all conventionally used organic solvents, for example, as an organic solvent, methanol, N, N'-dimethylformamide (N, N'-dimethylformamide; DMF ), 1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), propylene carbonate (PC), dimethylacetamide (DMAc), ethylene glycol, dimethylsulphoxide; DMSO) and the like, but is not limited thereto.

한편, 본 발명의 방법에 따라 제조된 그라핀 화합물을 분무 증착, 스핀코팅 등의 방법으로 투명하고 도전성의 그라핀 박막을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 그라핀 박막은 전기전도성이 우수하여 다양한 분야에 적용될 수 있다.Meanwhile, the graphene compound prepared according to the method of the present invention may form a transparent and conductive graphene thin film by spray deposition, spin coating, or the like. The graphene thin film thus formed has excellent electrical conductivity and may be applied to various fields.

본 발명에 따르면 페닐히드라진을 사용하여 한 단계의 반응으로 산화 그라핀을 환원시켜 그라핀 화합물을 제조함으로써 각종 유기용매에 그라핀을 쉽게 안정적으로 분산시킬 수 있으며, 물 또는 계면활성제를 사용하지 않고도 큰 분산농도를 실현할 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있다. According to the present invention, by reducing the graphene oxide in one step using phenylhydrazine to prepare a graphene compound, graphene can be easily and stably dispersed in various organic solvents, without using water or a surfactant. Dispersion concentration can be realized and manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명의 유기 용매에 분산 가능한 상기와 같은 그라핀 화합물은 특히 고분자에 전도성을 주기 위해 사용될 수 있으며, 전도성 고분자(conducting polymer), 전도성 박막, 폴리머 조성물, 금속산화물, 반도체화합물, 전도성 잉크, 광촉매, 배터리, 슈퍼 캐패시터 전극, EMI(electromagnetic interference shielding), ESD(electrostatic charge dissipation), 연료전지 바이폴라 전극(fuel cell bipolar electrode), 열전도성 나노조성물(thermal conductive nanocomposite) 등에 다양하게 응용 및 적용될 수 있다.
In addition, the graphene compound dispersible in the organic solvent of the present invention can be used to give a particularly high conductivity to the polymer, conductive polymer (conducting polymer), conductive thin film, polymer composition, metal oxide, semiconductor compound, conductive ink, Photocatalyst, battery, supercapacitor electrode, electromagnetic interference shielding (EMI), electrostatic charge dissipation (ESD), fuel cell bipolar electrode, thermal conductive nanocomposite, etc. .

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<< 실시예Example 1> 1>

그라핀Graphene 화합물의 합성 Synthesis of Compound

본 발명자들은 유기 용매에 직접 분산이 가능한 그라핀 화합물을 제조하기 위하여, 4㎎/㎖의 산화 그라파이트 현탁액 100㎖와 페닐히드라진(phenylhydrazine) 3㎖를 상온에서 24시간 동안 혼합하여 산화 그라파이트를 환원시켜 그라핀 분산액을 제조하였다. 다음으로, 그라핀 분산액을 여과한 후, 물, 메탄올 및 DMF를 이용하여 수회 세척하여 반응하지 않고 남아있는 페닐히드라진을 제거하였다. 이렇게 하여 얻어진 그라핀 화합물의 필터케이크(filter cake)는 각종 유기용매에 쉽게 재분산될 수 있다.In order to prepare a graphene compound that can be directly dispersed in an organic solvent, the present inventors mixed 100 ml of a 4 mg / ml graphite oxide suspension and 3 ml of phenylhydrazine at room temperature for 24 hours to reduce graphite oxide. Pin dispersions were prepared. Next, the graphene dispersion was filtered and then washed several times with water, methanol and DMF to remove phenylhydrazine that remained without reaction. The filter cake of the graphene compound thus obtained can be easily redispersed in various organic solvents.

한편, 페닐히드라진의 환원 효과를 비교하기 위하여 비교예로는 히드라진을 사용하여 산화 그라핀을 환원시켜 그라핀 화합물을 제조하였다. 하기 표 1은 산화 그라핀의 환원에 히드라진과 페닐히드라진을 사용하였을 때의 특성을 비교 설명한 것이다.
On the other hand, in order to compare the reducing effect of phenyl hydrazine, a graphene compound was prepared by reducing graphene oxide using hydrazine as a comparative example. Table 1 below compares the characteristics of using hydrazine and phenylhydrazine for the reduction of graphene oxide.

히드라진과 페닐히드라진을 이용한 그라핀의 환원 특성 비교Comparison of Reduction Characteristics of Graphene Using Hydrazine and Phenylhydrazine 히드라진Hydrazine 페닐히드라진Phenylhydrazine 환원 매질(medium)Reducing medium 물, 물 및 DMF 혼합물Water, water and DMF mixture 물, 유기 용매Water, organic solvent 환원 온도Reduction temperature 80 ~ 100℃80 to 100 ℃ 상온(room temperature)Room temperature 환원 시간Reduction time 1 ~ 24시간1 to 24 hours 24시간24 hours 그라핀 페이퍼의 전기전도도Electrical Conductivity of Graphene Paper * 물에서의 환원
공기중 건조 : 7,200S/m
220℃에서 건조 : 11,800S/m
* 물+DMF에서의 환원
공기중 건조 : 1,700S/m
150℃에서 건조 : 16,000 S/m
* Reduction in water
Air drying: 7,200 S / m
Dry at 220 ℃: 11,800S / m
* Reduction in water + DMF
Drying in the air: 1700 S / m
Dry at 150 ℃: 16,000 S / m
50℃에서 건조 : 4,700S/m
150℃에서 건조 : 약 21,000S/m
Dry at 50 ℃: 4700 S / m
Dry at 150 ℃: about 21,000S / m
수용성 조건에서의 분산도Dispersion degree in water-soluble condition 0.5㎎/㎖ 이하0.5 mg / ml or less 0.25㎎/㎖0.25mg / ml 유기 용매에서의 분산도Dispersion in organic solvent 0.3㎎/㎖ 이하[물+DMF (1:9 v/v)]
0.03㎎/㎖이하(다른 유기용매)
0.3 mg / ml or less [water + DMF (1: 9 v / v)]
0.03mg / ml or less (other organic solvents)
0.6㎎/㎖이상(DMAc, DMF, PC)
1.0㎎/㎖이상(NMP)
0.6mg / ml or more (DMAc, DMF, PC)
1.0 mg / ml or more (NMP)
메탄올에서의 분산Dispersion in methanol 불가능impossible 가능possible

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 히드라진을 사용하는 경우에는 반드시 물의 존재 하에서 유기 용매에 분산될 수 있으며, 안정적으로 분산되는 농도가 0.03 ㎎/㎖이하로 매우 낮은 것으로 나타났다. 따라서, 순수한 유기 용매에 안정적으로 분산시키기 위해서는 계면활성제를 필요로 한다. As shown in Table 1, in the case of using hydrazine, it can be dispersed in the organic solvent in the presence of water, it was found that the concentration of the stable dispersion is very low, less than 0.03 mg / ㎖. Therefore, a surfactant is required to stably disperse in a pure organic solvent.

그러나, 본 발명에서와 같이 페닐히드라진을 사용하는 경우 유기 용매에서 물 또는 계면활성제 없이도 큰 농도로 안정적으로 분산되는 것으로 나타났으며, DMAc, DMF, PC 등의 유기 용매에서는 0.6㎎/㎖이상, 특히 NMP 에서는 1.0㎎/㎖이상의 큰 분산 농도를 갖는다. 또한, 메탄올에는 기존의 히드라진 환원으로는 분산이 불가능했으나 페닐히드라진 환원으로는 분산이 가능하였다.
However, in the case of using phenylhydrazine as in the present invention, it was found to be stably dispersed in a large concentration in an organic solvent without water or a surfactant, and in organic solvents such as DMAc, DMF, and PC, more than 0.6 mg / ml, in particular NMP has a large dispersion concentration of 1.0 mg / ml or more. In addition, in methanol, it was not possible to disperse by conventional hydrazine reduction, but it was possible to disperse by phenylhydrazine reduction.

<< 실시예Example 2> 2>

그라핀Graphene 화합물의 원소분석 Elemental Analysis of Compounds

본 발명자들은 그라핀 화합물의 원소를 분석하였다. 그 결과, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, C/O 원자비는 산화 그라핀(GO)이 1.68을 나타내었으며, 페닐히드라진으로 환원시킨 그라핀 화합물(CCG)은 9.51을 나타내어 페닐히드라진으로 환원시킨 경우 C/O 원자비가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.We analyzed the element of the graphene compound. As a result, as shown in Table 2 below, the C / O atomic ratio was 1.68 in graphene oxide (GO), and the graphene compound (CCG) reduced in phenylhydrazine was 9.51, which was reduced in phenylhydrazine. It was confirmed that the C / O atomic ratio was increased.

또한, 질소(N)의 함량은 산화 그라핀의 경우 질소를 포함하고 있지 않았으며, 그라핀 화합물(CCG)은 약 3 중량%를 포함하고 있는 것으로 나타났다. 이를 통해, 페닐히드라진의 환원에 의해 그라핀 화합물(CCG)에서 N 결합이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
In addition, the content of nitrogen (N) did not contain nitrogen in the case of graphene oxide, graphene compound (CCG) was found to contain about 3% by weight. Through this, it was confirmed that the N bond appears in the graphene compound (CCG) by the reduction of phenylhydrazine.

원소분석 결과(단위 : 중량%)Elemental Analysis Result (Unit: Weight%) 시료sample 탄소(C)Carbon (C) 산소(O)Oxygen (O) 수소(H)Hydrogen (H) 질소(N)Nitrogen (N) C/OC / O C/NC / N 산화 그라핀Graphene oxide 54.5354.53 43.2943.29 2.182.18 00 1.681.68 n/an / a 그라핀 화합물Graphene compounds 83.7583.75 11.7211.72 1.541.54 2.992.99 9.519.51 32.6732.67

<< 실시예Example 3> 3>

그라핀Graphene 화합물의 자외선 흡수 피크 UV absorption peak of the compound

본 발명자들은 상기 실시예 1에서 제조한 그라핀 화합물의 구조 변화 특성을 살펴보기 위하여, UV-vis 분광기를 이용하여 자외선 흡수 피크(UV absorbance peak)를 측정하였으며, 그 결과는 도 2에 나타내었다.The present inventors measured the ultraviolet absorption peak (UV absorbance peak) using a UV-vis spectrometer to examine the structural change characteristics of the graphene compound prepared in Example 1, the results are shown in FIG.

그 결과, 도 2를 참조하면, 산화 그라핀(GO)의 자외선 흡수 스펙트럼은 234㎚에서 강한 흡수 피크(strong absorbance peak)를 나타내었으며, 300㎚에서 중간 흡수 피크(shoulder absorbance peak)를 나타내었다. 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하였을 때, 산화 그라핀의 자외선 흡수 피크는 시간이 지남에 따라 서서히 레드쉬프트(redshift) 되었으며, 자외선 흡수량은 전체 스펙트럼 영역에서 반응이 진행되는 동안 증가하였다. 이러한 결과는 컨주게이트된(conjugated) C=C 결합이 페닐히드라진의 환원에 의해 복구됨을 나타낸다. 페닐히드라진을 첨가하고 15시간 후, 자외선 흡수 피크는 270㎚까지 이동되었으며, 15시간 이후 흡수도가 포화된 것은 환원이 완료되었다는 것을 나타낸다.
As a result, referring to Figure 2, the ultraviolet absorption spectrum of graphene oxide (GO) showed a strong absorption peak (strong absorbance peak) at 234nm, it showed a medium absorbance peak (shoulder absorbance peak) at 300nm. When phenylhydrazine was added to graphene oxide, the ultraviolet absorption peak of graphene oxide gradually redshifted over time, and the ultraviolet absorption amount increased during the reaction in the entire spectral region. This result indicates that the conjugated C═C bond is recovered by reduction of phenylhydrazine. After 15 hours of the addition of phenylhydrazine, the ultraviolet absorption peak shifted to 270 nm, and after 15 hours the absorption was saturated indicating that the reduction was complete.

<< 실시예Example 4> 4>

그라핀Graphene 화합물의  Compound XPSXPS 스펙트럼 spectrum

본 발명자들은 상기 실시예 1에서 제조한 그라핀 화합물의 구조 변화 특성을 분석하기 위하여 X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS) 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과는 도 3(a) 내지 도 3(e)에 나타내었다.The present inventors measured the X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) spectrum to analyze the structural change characteristics of the graphene compound prepared in Example 1, the results are shown in Figure 3 (a) to Figure 3 (e) It was.

그 결과, 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 산화 그라핀(GO)의 C1s XPS 스펙트럼은 하이드록시기, 에폭사이드, 카르보닐기와 같은 산소발생 기능기에 할당된 3개 종류의 피크를 보여준다. As a result, referring to FIGS. 3 (a) and 3 (b), the C1s XPS spectrum of graphene oxide (GO) shows three kinds of peaks assigned to oxygen-generating functional groups such as hydroxy, epoxide and carbonyl groups. Shows.

도 3(c) 및 도 3(d)를 참조하면, 페닐히드라진으로 환원시킨 후에, 그라핀 화합물(CCG)의 C1s XPS 스펙트럼에도 이러한 피크들이 존재하나 피크의 강도는 산화 그라핀에서 보다 매우 약하게 나타나며, 이러한 결과는 대부분의 산소발생 기능기가 제거되었음을 나타낸다. 또한, 그라핀 화합물(CCG)의 C1s 스펙트럼의 디콘볼루션(deconvolution)은 C-N 결합에 상응하는 285.8eV에서 새로운 피크를 나타낸다.
3 (c) and 3 (d), after the reduction to phenylhydrazine, these peaks are also present in the C1s XPS spectrum of the graphene compound (CCG), but the intensity of the peak appears much weaker than that of graphene oxide. These results indicate that most of the oxygen-generating functional groups have been removed. In addition, deconvolution of the C1s spectrum of the graphene compound (CCG) shows a new peak at 285.8 eV corresponding to CN binding.

<< 실시예Example 5> 5>

그라핀Graphene 화합물의 라만 스펙트럼 Raman spectrum of the compound

본 발명자들은 상기 <실시예 1>에서 제조한 그라핀 화합물의 구조 변화 특성을 분석하기 위하여 라만(raman) 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과는 도 4에 나타내었다.The present inventors measured the Raman spectrum in order to analyze the structural change characteristics of the graphene compound prepared in Example 1, the results are shown in FIG.

그 결과, 도 4를 참조하면, 산화 그라핀(GO)의 라만 스펙트럼은 1328㎝- 1와 1595㎝-1에서 두 개의 피크가 나타났으며, 이는 각각 D와 G 밴드에 해당한다. CCG의 G 피크는 1583㎝- 1으로 레드쉬프트되었고, 이는 이전에 보고된 환원된 GO와 일치한다. CCG의 I(D)/I(G) 비는 GO의 1.27과 비교하여 1.50으로 증가하였으며, 이는 많은 작은 SP2 영역이 환원되는 도중 형성되었다는 것을 나타낸다.
As a result, referring to Figure 4, the Raman spectra of graphene oxide (GO) appeared two peaks at 1328cm - 1 and 1595cm -1 , which corresponds to the D and G bands, respectively. G peak of the CCG is 1583㎝ - was red shifted to 1, which is consistent with the reduced GO previously reported. The I (D) / I (G) ratio of CCG increased to 1.50 compared to 1.27 of GO, indicating that many small SP 2 regions were formed during the reduction.

<< 실시예Example 6> 6>

그라핀Graphene 화합물의 X선  X-ray of the compound 회절diffraction (( XRDXRD ) 분석) analysis

본 발명자들은 상기 실시예 1에서 제조한 그라핀 화합물의 특성을 분석하기 위하여 X선 회절(X-Ray Diffraction; XRD)분석을 수행하였으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다.The present inventors performed X-ray diffraction (XRD) analysis to characterize the graphene compound prepared in Example 1, and the results are shown in FIG.

그 결과, 도 5를 참조하면, 산화 그라핀을 히드라진(N2H2)으로 환원시키는 경우에는 보통 d 간격 3.8Å에 상응하는 약 23°의 넓은 피크가 존재한다. 그러나, 본 발명에서와 같이 산화 그라핀을 페닐히드라진으로 환원시키는 경우에는 d 간격 6.1Å에 상응하는 d 간격 피크가 14.50°에서 나타난다. 이와 같이, 페닐히드라진으로 환원된 그라핀 화합물(CCG)의 d 간격이 증가하는 것은 히드라진으로 환원되었을 때와 비교하여 환원이 일어나면서 그라핀 화합물의 표면에서 페닐그룹이 그라프팅(grafting)되어 존재한다고 설명될 수 있다. 이러한 변화를 통해 페닐히드라진으로 환원시킨 그라핀 화합물이 유기 용매에 안정적으로 분산될 수 있는 것이다.
As a result, referring to FIG. 5, when reducing graphene oxide to hydrazine (N 2 H 2 ), there is a wide peak of about 23 °, which generally corresponds to d interval of 3.8 kPa. However, in the case of reducing graphene oxide to phenylhydrazine as in the present invention, a d interval peak corresponding to d interval 6.1 mm appears at 14.50 °. As such, an increase in the d interval of the graphene compound (CCG) reduced with phenylhydrazine is due to the phenyl group being grafted on the surface of the graphene compound as reduction occurs as compared with when reduced with hydrazine. Can be explained. Through such a change, the graphene compound reduced with phenylhydrazine can be stably dispersed in an organic solvent.

<< 실시예Example 7> 7>

유기용매에서 In organic solvent 그라핀Graphene 화합물의 용해도 측정 Determination of Solubility of Compounds

본 발명자들은 상기 실시예 1에서 제조한 그라핀 화합물의 용해도를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.The present inventors measured the solubility of the graphene compound prepared in Example 1, the results are shown in Table 3 below.

용해도를 측정하기 위하여 상기 실시예 1에서 제조된 그라핀 화합물(CCG)의 필터케이크를 N,N'-디메틸포름아미드(N,N'-dimethylformamide; DMF), 1-메틸-2-피롤리디논(1-methyl-2-pyrrolidinone; NMP), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate; PC)와 같은 각종 용매에서 90분 동안 초음파 분해에 의해 재분산시켰다. 각종 용매에 있는 그라핀 화합물의 용해도는 하기 2개의 방법으로 결정되었다. In order to measure the solubility, the filter cake of the graphene compound (CCG) prepared in Example 1 was prepared using N, N'-dimethylformamide (DMF), 1-methyl-2-pyrrolidinone. It was redispersed by sonication for 90 minutes in various solvents such as (1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and propylene carbonate (PC). The solubility of the graphene compound in various solvents was determined by the following two methods.

첫째로, 그라핀 화합물 현탁액을 3000rpm에서 15분 동안 원심 분리하였다. 다음으로, 상등액 10㎖를 취하여 120℃에서 5시간 동안 건조시킨 후, 70℃에서 진공상태에서 12시간 동안 용해도를 결정하기 위해 무게를 측정하였다.First, the graphene compound suspension was centrifuged at 3000 rpm for 15 minutes. Next, 10 ml of the supernatant was taken, dried at 120 ° C. for 5 hours, and weighed to determine solubility for 12 hours under vacuum at 70 ° C.

둘째로, 그라핀 화합물 현탁액을 원심 분리하는 대신에 24시간 동안 저장하였다. Second, the graphene compound suspension was stored for 24 hours instead of centrifugation.

그 결과, 그라핀 화합물(CCG)은 극성 용매에서 높게 분산되었으며, 그라핀 화합물의 농도는 NMP 용매의 경우 1㎎/㎖ 이상으로 나타났다.
As a result, the graphene compound (CCG) was highly dispersed in the polar solvent, the concentration of the graphene compound was 1 mg / ㎖ or more in the NMP solvent.

용해도 측정 결과Solubility measurement result 용매menstruum 용해도(㎎/㎖)Solubility (mg / ml) 원심분리(15분, 3000rpm)Centrifugation (15 minutes, 3000 rpm) 24시간 저장24 hours storage N,N'-디메틸포름아미드(DMF)N, N'-dimethylformamide (DMF) 0.6750.675 0.7520.752 1-메틸-2-피롤리디논(NMP)1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) 1.0151.015 1.0461.046 프로필렌 카보네이트(PC)Propylene Carbonate (PC) 0.7480.748 0.7980.798

따라서 상기와 같은 결과를 통해, 페닐히드라진을 사용하여 산화 그라핀을 환원시키는 경우 물 또는 계면활성제 없이도 각종 유기용매에 높은 농도로 안정적으로 분산되는 것을 확인하였다.
Therefore, through the above results, it was confirmed that when the graphene oxide is reduced using phenylhydrazine, it is stably dispersed in various organic solvents without water or surfactant.

<< 실시예Example 8> 8>

그라핀Graphene 화합물의 전기전도도 측정 Conductivity Measurement of Compound

본 발명자들은 상기 <실시예 1>에서 제조한 그라핀 화합물의 전기전도도를 측정하였는데, DMF 현탁액 안에서 그라핀 화합물(CCG)의 여과에 의해 준비된 그라핀 페이퍼의 전기저항성은 4-프로브 스테이션 방법에 의해 측정되었다. The present inventors measured the electrical conductivity of the graphene compound prepared in Example 1, wherein the electrical resistance of the graphene paper prepared by filtration of the graphene compound (CCG) in the DMF suspension was determined by the 4-probe station method. Was measured.

그 결과, 50℃에서 건조된 그라핀 페이퍼의 전기전도도는 4770S/m인 반면, 150℃에서 건조된 그라핀 페이퍼의 전기전도도는 20950S/m으로 측정되었다. As a result, the electrical conductivity of the graphene paper dried at 50 ℃ was 4770S / m, while the electrical conductivity of the graphene paper dried at 150 ℃ was measured to 20950S / m.

한편, 그라핀 페이퍼의 두께는 횡단면의 SEM 이미지에 의해 측정되었는데, 도 6을 참조하면, 그라핀 페이퍼의 두께는 약 2.8㎛로 나타났다.
Meanwhile, the thickness of the graphene paper was measured by SEM image of the cross section. Referring to FIG. 6, the thickness of the graphene paper was about 2.8 μm.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (6)

산화 그라핀을 준비하는 단계; 및
상기 산화 그라핀에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계
를 포함하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
Preparing graphene oxide; And
Reduction by adding phenylhydrazine to the graphene oxide
Method for producing a graphene compound excellent in dispersibility in an organic solvent comprising a.
제1항에 있어서,
상기 페닐히드라진은 산화 그라파이트 100 중량부에 대하여 10 ~ 10,000 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
The phenylhydrazine is a method for producing a graphene compound having excellent dispersibility in an organic solvent, characterized in that added to 10 to 10,000 parts by weight based on 100 parts by weight of graphite oxide.
제1항에 있어서,
상기 산화 그라파이트에 페닐히드라진을 첨가하여 환원시키는 단계는 0 ~ 100℃의 온도에서 1 ~ 240시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
Reducing the addition of phenylhydrazine to the graphite oxide is a method for producing a graphene compound having excellent dispersibility in an organic solvent, characterized in that performed for 1 to 240 hours at a temperature of 0 ~ 100 ℃.
제1항에 있어서,
상기 산화 그라핀은 그라파이트 또는 팽창된 그라파이트(expanded graphite)를 산화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
The graphene oxide is a method for producing a graphene compound having excellent dispersibility in an organic solvent, characterized in that formed by oxidizing graphite or expanded graphite (expanded graphite).
제1항에 있어서,
상기 산화 그라핀의 농도는 0.01 ~ 100 ㎎/㎖ 인 것을 특징으로 하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
The concentration of graphene oxide is 0.01 ~ 100 A method for producing a graphene compound having excellent dispersibility in an organic solvent, characterized in that it is mg / ml.
제1항에 있어서,
상기 그라핀 화합물은 유기 용매에서 0.1 ㎎/㎖ 이상의 분산 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 용매에서의 분산성이 우수한 그라핀 화합물의 제조방법.
The method of claim 1,
The graphene compound is a method for producing a graphene compound excellent in dispersibility in an organic solvent, characterized in that having a dispersion concentration of 0.1 mg / ㎖ or more in an organic solvent.
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